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算法篇-十大经典排序算法之桶排序

程序员文章站 2024-03-22 09:36:46
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什么是桶排序

首先说一下桶排序的桶是什么概念,这里的“桶”是一个区间范围,里面可以承载一个或多个元素。桶排序的第一步就是确定桶的个数和区间。具体的建立多少个桶、每个桶的区间范围是多少,有不同的方式,我们这里使用桶的数量等于原始数列的元素的数量(为什么等于数列的数量,后面会讲到)。除了最后的一个桶只包含最大值,其他的值分散在其他桶里。
桶排序也是分配排序的一种,但其是基于比较排序的,这也是与基数排序最大的区别所在。

动图演示

算法篇-十大经典排序算法之桶排序

声明图片来源: https://www.sohu.com/a/278768401_478315

Java代码实现

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        int[] arr = {1, 3, 6, 9, 2, 5, 11, 4, 8};
        print("原数组: ", arr);
        bucketSort(arr);
        print("排序后的数组: ", arr);

    }

    public static void bucketSort(int[] arr){

        // 计算最大值与最小值
        int max = Integer.MIN_VALUE;
        int min = Integer.MAX_VALUE;
        for(int i = 0; i < arr.length; i++){
            max = Math.max(max, arr[i]);
            min = Math.min(min, arr[i]);
        }

        // 计算桶的数量
        int bucketNum = (max - min) / arr.length + 1;
        ArrayList<ArrayList<Integer>> bucketArr = new ArrayList<>(bucketNum);
        for(int i = 0; i < bucketNum; i++){
            bucketArr.add(new ArrayList<Integer>());
        }

        // 将每个元素放入桶
        for(int i = 0; i < arr.length; i++){
            int num = (arr[i] - min) / (arr.length);
            bucketArr.get(num).add(arr[i]);
        }

        // 对每个桶进行排序
        for(int i = 0; i < bucketArr.size(); i++){
            Collections.sort(bucketArr.get(i));
        }

        // 将桶中的元素赋值到原序列
        int index = 0;
        for(int i = 0; i < bucketArr.size(); i++){
            for(int j = 0; j < bucketArr.get(i).size(); j++){
                arr[index++] = bucketArr.get(i).get(j);
            }
        }
    }

    private static void print(String str, int[] arr) {
        for (int i = 0; i <= arr.length - 1; i++) {
            if (i == 0) {
                System.out.print(str + "[" + arr[i] + ", ");
            } else if (i == arr.length - 1) {
                System.out.print(arr[i] + "]");
            } else {
                System.out.print(arr[i] + ", ");
            }
        }
        System.out.println();
    }

}

核心原理

划分多个范围相同的区间,每个子区间自排序,最后合并。

算法过程如下

  • 第一步:计算最大值和最小值
  • 第二步:根据最计算出来最大、小值,来分配桶的个数(桶的个数以可能将数据平均分配到每个桶为准)
  • 第三步:每个桶内排序
  • 第四步:桶和桶之间完成合并

时间复杂度

O(N + C) 其中C=N*(logN-logM)

桶排序的优缺点

优点:实现简单,在数据量小的情况下性能良好,是稳定的排序算法
缺点:严重依赖于额外的存储空间

适用场景

适合小数据量